JPH01104429A - 熱交換器の製造法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は熱交換器の製造法に関する。より詳しくは熱伝
達効率のよいピンフィン付き熱交換器の製造法に関する
。

（従来の技術と発明が解決しようとする課題〕熱交換器
において、管内流体と管外流体との間の熱交換性能を高
めるために、管内流体が流れているパイプの外周に通常
フィンを取付ける。フィンの形状は通常プレート状のも
のが多く、パイプの周囲にらせん状又は環状に形成され
る。このようなプレート状フィンの場合、プレートの表
面に空気の境界層が発生し、この境界層がプレートの表
面、゛に滞留して耐熱層を形成するので高い熱効率が得
られない。その点からはピン状フィンの方が好マしい。

又ピン状フィンのパイプ表面への取付密度を高くすれば
熱交換効率を向上させることができる。　　　　　゛ しかしながらパイプの外周にピン状フィンを配置するた
めの実際の作業は極めて困難なものであり、且つ熱交換
効率を高めるためにピンを密に配、置しようとする際に
はピンの細径に対応して亨められる密度で正しくピン状
フィシを配置することを要し、その作業はますます困難
となる。

したがって現在迄工業的に実用可能なピン状フの製造方
法の有する問題点を解決して工業的に実用可能なピン状
フィン付き熱交換器の製造法を提供することを目的とす
る。

〔課題を解決するための手段〕

本発明の目的は複数の線状熱伝導体が溶解性のある樹脂
内に互いに平行且つ長手方向および幅方向に所定の間隔
をあけて配列されて長方形の外形を有する異方熱伝導性
シートを作り、該異方熱伝導性シートの線状熱伝導体の
配拘方向に対して垂直方向の両端面から複数の線状熱伝
導体の両ｉが露出するように前記３両端面近傍、の樹脂
を溶解して両端溶解異方シートを作り、一方Ｓ字状に所
定の数″だけ湾曲を繰返して延び且つ湾曲部間に互いに
平行卒平行部を有する管内流体用の連、続中空パイプを
用意し、該中空パイプの平行部間に前記両端溶解異方シ
ート′を挾んで一体化したパイプフィン一体物を作るた
めに、前記両端溶解異方シートの線状熱伝導体の露出面
および／又は前記中゛空パイプの平行部の対向面に低温
ハンダを塗布した後に、前記両端溶解異方シートをそれ
ぞれ前記パイプの′隣接する平行部の間に挿入し、さら
に相互に密接するようム加圧しながら加熱し、次いで前
、記パイプフィン一体物中の溶解性樹脂を溶出して複数
の線状熱伝導体が露出した露出パイプフィン一体物を作
り、該露出パイプフイ、ン一体物のパイプの一端に管内
流体用受入れ口を設け、パイプの他端に管内流体用排出
口を設けることを特徴とする熱交換器の製造法によって
達成される。

前記異方熱伝導性シートが、複数の線状熱伝導体を互い
に平行に、且つ同一平面内において、実質的に等ピッチ
に配列し、この平行配列の線状熱伝導性シートに溶解性
のある樹脂を重ね合せて加熱して線状熱伝導体が溶解性
樹脂と一体化した複合シートを作、す、この複合シート
の複数枚を線状熱伝導体が互いに平行に配列するように
積層して異方熱伝導性構造体を作り、この構造体を線状
熱伝導体に対して直角方向にスライスして作られるとよ
い。− 本発明の熱交換器の製造法において用いられる線状熱伝
導体としては、銀、銅、アルミニウム等の金属細線を用
いることができる。線状熱伝導体の断面形状については
特に限定はしないが熱交換器のフィンとして用いる場合
の圧力損失を小さくするためには円形に近い断面の線状
熱伝導体を用いるとよい。

線状熱伝導体の熱伝導率は０ｉ５２ｃａｊ！　／ａｍ　
ｓｅｃ”０以上が好ましく、用途によってはさらに刷切
な熱伝導率を有する線状熱伝導体を選定して用いること
ができる。

本発明の熱交換器を製造する際に用いられる溶解性樹脂
としては、有機溶剤、アルカリ、酸、水等で溶解するも
のであればよく、例えば、ポリエステル系、ポリアミド
系、エチレン酢酸ビニール系、ポリビニールアルコール
系等を用いることができる。ただしその取扱い性の容易
さからポリビニール系が好ましく、中でも温水で容易に
溶解させるためにはけん化度８５〜９０％の部分けん化
物で重合度が５００程度のものがより、好ましい。

本発明による製造法を用いて圧力損失が少く且熱交換効
率の高い熱交換器を轡るためには、用いられる線状熱伝
導体の大きさと異方粋伝導性シート中の配列密度につい
て下記の特定の範囲に定められるとよい。

０．２５≦Ｘ≦２．５ ０．２５≦ｘｙ鷹２．５ ここにＸは線状熱伝導体断面の外周長（鰭）であり、Ｙ
は線状熱伝導体の配列密度（本／ｆｉ２）である。

Ｘ＜０．２５の場合は、線状熱伝導体の線径が小さすぎ
て、その力学的特性が低（なりすぎるため熱交換器の製
造時、より詳しくは異方熱伝導性シートの製造時の取扱
い性が極度に悪くなり、生産効率が低下するので好まし
くない。

Ｘ　＞　２．５の場合は、線状熱伝導体の線径が大きす
ぎてピン状フィンとしての性能を発揮しに（くなる。

Ｘのより好ましい範囲は０．５≦Ｘ≦２．０であり、断
面８円形の線状熱伝導体の場合ではほぼ１６０〜４６０
μφに相当する。

一方ＸＹ＜０．２５の場合は、熱交換器用熱伝導体の表
面積としては小さすぎて、高い熱交換率が得られない。

Ｘ　Ｙ　＞　２．５の場合は、表面積の大きい熱伝導体
を用いることができるが、林立するフィン間の間隔が狭
くなりすぎて、熱交換流体の圧力損失が大きくなりすぎ
る。

ＸＹのより好ましい範囲は０．３５≦ＸＹ≦１．２であ
り、断面円形の線径２００μφの線状電体の場合では、
線状導電体の配列密度はほぼ０．５５本／鰭２〜１．９
本／鶴２に相当する。

以下本発明による熱交換器の製造法の一例を説明する添
付図面を参照して本発明を詳述する。

第１図に本発明による製造法で作られた熱交換器の一例
を示す、第１図に示すように、熱交換器１のハウジング
２内にはその中に管内流体が流れる導管、すなわちパイ
プ３が配置されている。パイプ３はＳ字状に所定の数だ
け湾曲を繰返して延び且つ隣接する湾曲部間には互いに
平行な平行部３ａ、３ｂ、３ｃが設けられている。第１
図において５は管内流体の受入口であり、管内流体は受
入れ口から矢印Ａで示すようにパイプ３の中に入り、Ｓ
字状に連続するパイプ３を通ってハウジング２の右側下
の奥に配置された排出口（図示せず）から出る、パイプ
３の互いに平行な平行部３ａ。

３ｂ、３ｃの間には複数の線状熱伝導体４が平行部に対
してはり直角に且つ所定の間隔をあけて平行に配列され
ている。この複数の線状熱伝導体４の両端はパイプ３の
隣接する平行部に連結されている。

管外流体は熱交換器１に対して第１図で矢印Ｂで示す方
向で流される。したがってもし管内流体が低温媒体であ
り、管外流体が常温の空気であると仮定すれば、低温媒
体によってパイプ３および複数の線状熱伝導体４が冷却
され、したがって線状熱伝導体４に向って流れる空気が
常温から低温に冷却されることになる。冷却される程度
はパイプ３の長さに左右されると共に、線状熱伝導体４
の配置本数によって左右される。

次に第１図に例示した熱交換器を製造する方法を順を追
って説明する。

先ず第２図に示す装置を用いて、異方熱伝導性構造体用
の複合シートを作る。

第２図に示す装置において、複数の線状熱伝導体４はパ
ッケージ（図示せず）としてクリール１１に所定本数仕
掛られており、１対のフィードローラ１２　、１２　’
によって引き出される。その際複数本の線状熱伝導体４
は、目板１３、前層１４を経て、テンションバー１５を
介して、引き出されることによって張力が均一に揃えら
れ、その後筬１６を経て、−平面内に実質的に等ピッチ
に揃えられる。

一方溶解性樹脂から成るシート６はシートロール６′か
ら引出され、ガイドロール１７　、１８を経て、前記線
状熱伝導体４の群とともに一対の加熱プレスロール１９
　、１９　’に導かれる。加熱プレスロール１９　、１
９　’では、線状熱伝導体４の群と溶解性樹脂シート６
とが加熱押圧され、シート６の中に線状熱伝導体が埋込
まれたような状態で一体化される。

前記加熱プレスロール１９　、１９　’で線状熱伝導体
４の群と溶解性シート６とを加熱プレス接合するにあた
っては、第２図に示すように、２枚のシート６．６の間
に線状熱伝導体４の群を配置した形態のほか、１枚のシ
ート６の片側もしくは両側に線状熱伝導体４の群を配置
した形態でもよい。

前記、加熱プレスロール１９　、１９　’を通過して一
体化された複合シート２０は一対の送り出しローラ２１
　、２１　’を経た後、適当な切断装置２２により線状
熱伝導体４の配向方向にほぼ直角な面で切断して複合シ
ートセグメント３０を得る。この複合シートセグメント
３０を第４図に示すように線状熱伝導体４が平行になる
ように下金型３２内に所定の枚数（この場合は４枚）積
層して配置し、上金型３１との間でプレス加熱すること
により第５図に示すような異方熱伝導性構造体３３を得
る。

この異方熱伝導性構造体３３を切断線Ａ−Ａ　’で切断
して異方熱伝導性シートを得る。

このようにして得られた異方熱伝導性シートを用いて熱
交換器を製造する方法の一例を以下説明する。

前述のように異方熱伝導性シートは第５図に示すように
異方熱伝導性構造体３３を線状熱伝導体に対して直角方
向にスライスして得られる。その場合の異方熱伝導性シ
ートの厚さ、すなわちスライスする幅は目的とする熱交
換器で用いられるＳ字状パイプの隣接する平行部間の距
離に合せる。

次に異方熱伝導性シートの両面４Ｑａ、４０ｂで熱溶解
性樹脂を溶解させて両面４Ｑａ、４０ｂに線状熱伝導体
４の両端４ａ　、４ｂが露出した両端溶解異方シート４
０を作る（第６図参照）、線状熱伝導体４の両端４ａ　
、４ｂは１〜２　ｔａ／−程度露出すると好ましい、こ
の線状熱伝導体４が露出する面４０ａ、４０ｂにペース
ト状低温ハンダを塗布する。

一方第７図に示すようにＳ字状に所定の数だけ湾曲を繰
返して延び且つ湾曲部間に互いに平行な平行部３ａ・・
・３ｇを有し、第８図に示すような矩形断面のパイプ３
を用意する。このパイプ３の断面における大きさは例え
ば長さＪ！　８．６　ｔａ／ｌａ　、厚さＷ２．４５ｗ
１肉厚ｔｏ、６ｆｉである。このパイプ３の平行部３ａ
・・・３ｇにペースト状低温ハンダ４１を塗布する。

次に前述の両端溶解異方シート４０をそれぞれ第９図お
よび第１Ｏ図に示すようにパイプ３の平行部３３〜３ｇ
の間に挾み込む、平行部３ａ〜３ｇの全ての間に両端溶
解異方シート４０が挾み込まれた後に第９図で示すパイ
プ３の平行部間の間隔Ｈ２が第６図で示す両端溶解異方
シート４０の線状熱伝導体４ａの長さＨ６に等しくなる
ようパイプ３を上下から加圧する。この状態で例えば１
７０℃の加熱炉中で３０分間放置して複数の両端溶解異
方シート４０とパイプ３を一体化する。このようにして
得られたパイプ・フィン一体物４２では未だ線状熱伝導
体４間に溶解性樹脂が残存しているので、例えば第１１
図に示すように、パイプフィン一体物４２をコンベア４
３上にのせて移動し、その上から例えば１００℃の熱水
４４をかける。約３０分間の熱水処理により溶解性樹脂
６は除去されて露出パイプフィン一体物４５ａが得られ
る。なおパイプフィン一体物４２を熱水槽中に浸積処理
することによっても、溶解性樹脂６を除去することがで
きる。

かくして得られた露出パイプフィン一体物４５は第１２
図に例示する゛ようにＳ字状パイプ３の平行部間に複数
の線状熱伝導体４が互いに間隔をあけて林立して取付け
られている。

前記パイプ３の端部４５ａ、４５ｂに管内流体用受入れ
口と排出口を設け、必要に応じてハウジング内２に収め
氾キ熱交換器が完成される。

熱交換器を前述の露出パイプフィン部材４２１個だけで
形成してもよく、又必要に応じて第１図に示す如く管外
流体の流れ方向に複数個連結して用いてもよい。

〔実施例〕

以下実施例をあげて本発明の製造方法を具体的に説明す
る。

第２図に示す装置に準じた装置を用いて線状熱伝導体４
と溶解性樹脂６からなるシートとを積層した複合シート
セグメント３０を下記条件で製造した。

線状熱伝導体材質（断面形状円型、太さ２００μφ）　
　　　　　　銅 クリール本数　　　　ＳＯＯ本 給糸方法　　　　　　ボビン回転よこ取りフィードロー
ル周速　１ｍ／分 使用筬　　　　　　　２５．４羽／１ｎｃｈ（したがっ
て筬ピッチｌ鳳ｍ） 溶解性樹脂シート　　ＰＶＡフィルム厚さ５００μ （倉庫セーレン社製） シート使用枚数　　　２枚（したがってフィルム厚は１
ｍ璽となる） 加熱プレス条件　　　温度２００℃ 荷重２０ｋｇ この場合筬ピッチ１寵であり、フィルムの厚さがｉｎ■
であるので、線状熱伝導体の配列密度Ｙは１となる。一
方線状熱伝導体の線径は２００μφであるのでＸは０．
６２８となり、したがってＸＹ値は０．６２８となる。

前記複合シートセグメント３０を第４図に準じた装置を
用いて下記条件で６枚積層し、第５図に示す異方熱伝導
性構造体３３を得、この構造体３３を幅８論に切断して
異方熱伝導性シートを得る。異方熱伝導性シート４０の
両面を第６図に示す如く樹脂を溶解して線状熱伝導体の
端部を露出させ、その露出面に■ニホンゲンマ製品番１
４３の低温ハンダ（融点１５２℃、成分５ｎ３７％、Ｐ
ｂ４２％、Ｂｉ２１％）を加熱溶融塗布し、一方第７図
に示す外形と第８図に示す矩形断面を有するパイプ３（
神鋼社製、サイズｌ　８．６　ｖｓＳＷ２．４５鰭、ｔ
Ｏ，６ｍ）の平行部に前述のニホンゲンマ製品番１４３
の低温ハンダ４１を第７図に示すように塗布する。

このパイプ３の平行部の間にそれぞれ両端露出異方シー
ト４０を挿入してパイプ３の平行部間の距離が両端露出
異方シート４０の線状熱伝導体の長さに等しくなるよう
にパイプ３を上下から加圧する。この状態で１７０℃の
加熱炉中に３０分間放置してパイプフィン一体物１２を
得る０次いで第１１図に示すように、１００℃の熱水中
で３０分間処理することにより溶解性樹脂６を除去し、
露出パイプ・フィン一体物４５を得る。

この露出パイプ・フィン一体物４５のパイプ３の端部４
５ａ、４５ｂに管内流体用受入れ口と排出口を設けて熱
交換器を得た。

前記製造方法によって得られた熱交換器を使用した処、
優れた熱交換性能を示した。

〔発明の効果〕

本発明による熱交換器の製造方法は前述のように構成さ
れているので、本製造方法を用いることにより優れた熱
交換性能を有するビン状フィン付き熱交換器を工業的規
模で容易に作ることができる。又前述のような製造方法
であるので高い熱交換性能を得るために所望されるＸ値
およびＸＹ値を満たす製造条１件を容易に達成すること
ができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による熱交換器の一例を示す斜視図であ
り、第２図は異方熱伝導性シートを製造するために用い
られる装置の側面図であり、第３図は複合シートセグメ
ントの一例を示す斜視図であり、第４図は複合シートセ
グメントを積層して一体化する金型を示す正面図であり
、第５図は異方熱伝導性構造体の一例を示す斜視図であ
り、第６図は線状熱伝導体の両端が露出している異方熱
伝導性シートの斜視図であり、第７図は管内流体用導管
すなわちパイプの一例を示す正面図であり、第８図はパ
イプの断面図であり、第９図はパイプフィン一体物を示
す正面図であり、第１Ｏ図はパイプフィン一体物の側面
図であり、第１１図はパイプフィン一体物から溶解性樹
脂を除去するための方法を説明する図であり、第１２図
は露出パイプフィン一体物を示す正面図である。 １・・・熱交換器、　　　　２・・・ハウジング、３・
・・管内流体用導管（パイプ）、 ４・・・線状熱伝導体、　　５・・・管内流体用入口部
、６・・・溶解性樹脂、 ３０・・・複合シートセグメント、 ３３・・・異方熱伝導性構造体、 ４０・・・異方熱伝導性シート、 ４５・・・露出パイプ・フィン一体物、４７・・・ヘッ
ダ。 第３図 第４図 第８図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １．　複数の線状熱伝導体が溶解性のある樹脂内に互い
   に平行且つ長手方向および幅方向に所定の間隔をあけて
   配列されて長方形の外形を有する異方熱伝導性シートを
   作り、該異方熱伝導性シートの線状熱伝導体の配列方向
   に対して垂直方向の両端面から複数の線状熱伝導体の両
   端が露出するように前記両端面近傍の樹脂を溶解して両
   端溶解異方シートを作り、一方Ｓ字状に所定の数だけ湾
   曲を繰返して延び且つ湾曲部間に互いに平行な平行部を
   有する管内流体用の連続中空パイプを用意し、該中空パ
   イプの平行部間に前記両端溶解異方シートを挾んで一体
   化したパイプフイン一体物を作るために、前記両端溶解
   異方シートの線状熱伝導体の露出面および／又は前記中
   空パイプの平行部の対向面に低温ハンダを塗布した後に
   、前記両端溶解異方シートをそれぞれ前記パイプの隣接
   する平行部の間に挿入し、さらに相互に密接するように
   加圧しながら加熱し、次いで前記パイプフイン一体物中
   の溶解性樹脂を溶出して複数の線状熱伝導体が露出した
   露出パイプフイン一体物を作り、該露出パイプフイン一
   体物のパイプの一端に管内流体用受入れ口を設け、パイ
   プの他端に管内流体用排出口を設けることを特徴とする
   熱交換器の製造法。